Hochgeschwindigkeits–Impulsschweißen zum Fügen von Kunststofffolien

FORSCHUNGSPROJEKT »HIS«

Herausforderung

  • Notwendigkeit des Umstiegs auf Monomaterialien aufgrund gesetzlicher Regularien
  • Verringerung der Produktionsgeschwindigkeit und -stabilität durch kleinere Prozessfenster bei der Verarbeitung von Monofolien
  • Forderung des Bundes-Klimaschutzgesetzes: Senkung der Emissionen 2030 um mind. 65 %

Forschungsergebnis

  • Entwicklung einer innovativen, patentierten Siegeltechnologie zur gezielten Wärmeeinbringung in die Fügezone
  • Laborversuchsstand zur Analyse der Siegeltechnologie und Prüfung von Materialien
  • Know-how zum Einfluss der Schlagcharakteristik auf die Fügenahtqualität
  • mit HIS hergestellte Produktmuster

Nutzen

  • Reduktion des Materialverbrauchs bis zu 20 %
  • Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit und -stabilität
  • Kaltsiegeln ohne zusätzliche Klebeschichten
  • Reduktion des Energieverbrauchs um 95 %

Just keep it simple - patentiert Schweißtechnologie für nachhaltige Verpackungslösungen

Abbildung des Siegelwerkzeuges für das Hochgeschwindigkeits-Impulssiegeln HIS , das eine Folie fügt.

Neue Anforderungen an Siegelprozesse bei recyclingfähigen Verpackungen

 

Die Packaging and Packaging Waste Regulation (PPWR) schreibt vor, dass bis 2030 alle Verpackungen recyclingfähig sein müssen und bis 2040 15 % weniger Verpackungsmaterial pro Kopf verwendet werden muss. Diese und weitere gesetzliche Rahmenbedingungen in der Verpackungsbranche führen zu einem verstärkten Einsatz von Monofolien für Verpackungen, um die Recyclingfähigkeit zu verbessern. Verpackungen aus Monomaterial können nach dem End of Life besser sortiert und mittels mechanischem Recyclings einer neuen Anwendung zugeführt werden. Allerdings ist die Verarbeitung von Monofolien herausfordernder als bei herkömmlichen Verbundfolien. Sie besitzen ein kleineres Temperaturfenster beim Siegeln und führen zu einem höheren Verschleiß der Siegelbacken. Konventionelle Siegeltechnologien kommen dabei hinsichtlich der Produktionsgeschwindigkeit und Produktqualität an ihre Grenzen.

 

Effizientes, sicheres Fügen bei Monomaterialien

 

Die am Fraunhofer IVV entwickelte innovative und patentierte Hochgeschwindigkeits-Impulssiegeltechnologie (HIS) ist die Antwort auf diese Herausforderungen. HIS nutzt nur einen einzigen mechanischen Impuls, um die benötigte Wärme präzise in der Fügezone zu erzeugen. Eine Temperierung der Werkzeuge ist für den Prozess nicht erforderlich. Dadurch ist die Technologie ideal für recycelbare Monomaterialien geeignet und ermöglicht gleichzeitig eine wesentlich höhere Effizienz. Verfahrensbedingt entstehen sehr dünne, zuverlässige Siegelnähte mit Nahtfestigkeiten bis zu 15 N/15 mm und Dichtigkeiten im Wasserbad bis -0,6 bar. Die Eigenschaften dieser neuartigen Siegeltechnologie führen zu einer Reduktion des Materialverbrauchs um bis zu 20 % und einer Senkung des Energieverbrauchs für das Siegeln um 95 %.

 

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für anspruchsvollen Anwendungen

 

Die HIS-Technologie kann für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden. Diese reichen von herkömmlichen Beutelanwendung über das Fügen von Schrumpffolien bis zukünftig zum Fügen von Schalen und Bechern. Damit reicht das mögliche Produktspektrum von technischen Teilen, über Pflegeprodukte bis hin zu temperatursensitiven Produkten, wie z.B. Eis oder Schokoladenerzeugnisse. Die kurzen Siegelzeiten von unter 1 ms, ermöglichen den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsprozessen, wie z.B. Süßwaren. Bei kaltgesiegelten Produkten kann zudem auf die Kaltsiegelschicht verzichtet werden. Mit ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten für Verbund- und Monomaterialien sowie ihrer Material- und Energieeffizienz unterstützt die innovative Technologielösung die Entwicklung und Produktion nachhaltiger Verpackungslösungen. Damit leistet sie einen wichtigen Beitrag für den Umstieg auf eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft.

 

Weitere Projektinformationen

 

Projektlaufzeit 1. Mai 2021 bis 31. Oktober 2022
Projektträger
/Zuwendungsgeber:
SAB Validierungsförderung